WO2008132024A2 - Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements mit auffüllschicht und maskenschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements mit auffüllschicht und maskenschicht Download PDF

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WO2008132024A2
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Definitions

  • the invention is based on a method according to the species of
  • German published patent application DE 2004 036 035 A1 discloses micromechanical components with trench structures.
  • a disadvantage of the known micromechanical components is that, in particular, large trench structures can generally not be completely filled and, in addition, wafer wafers must be structurally complicated in a micromechanical component with movable sensor structures so that the cap wafers are at a distance from the movable sensor structures.
  • inventive method according to the main claim or the features of the independent claims has the advantage that in a straightforward way, large trench structures can be substantially completely filled by a first filling layer and simultaneously filling layers can be used as a functional layer.
  • Functional layer can be formed spacer elements to protect the movable sensor structures against contact with a cap wafer.
  • a second padding layer is applied via the first padding layer to the first masking layer, and a second padding layer is applied over the first padding layer
  • the first mask layer is thus "buried" under the second fill layer, whereby the first mask layer advantageously acts as a stop layer during an etching process, whereby the first mask layer acts as a stop layer Mask layer located material (first fill layer and Substratmatehal) is not removed by the etching process substantially.
  • a third mask layer and a first insulating layer are applied to the substrate material before the application of the first fill layer.
  • the functions of the third mask layer and the first insulating layer are shown in FIGS. 1A to 1L.
  • the first and / or the second padding layer consists of a material with a low electrical resistance.
  • a material with a low electrical resistance for example, a
  • Epitaxial polysilicon layer which is preferably doped deposited on the substrate material, are used as a first and / or as a second filling layer.
  • the first padding layer and / or the second padding layer is applied or applied such that the padding layers substantially completely cover the first side of the substrate material.
  • the production of sensor structures and / or spacer elements is thus possible starting from the entire first side of the substrate material and not limited to subregions of the first side of the substrate material.
  • the first padding layer is planarized from the first side of the substrate material before the first masking layer is applied.
  • the planarization advantageously forms a planar surface of the first filling layer, as a result of which the first mask layer can be applied substantially in one plane, preferably parallel to the main direction of extension of the substrate material, on the first filling layer.
  • the second fill layer is planarized starting from the first side of the substrate material.
  • a planar surface of the second filling layer is advantageously formed, whereby the second mask layer can advantageously also be applied to the second filling layer essentially in a plane parallel to the main extension direction of the substrate material.
  • further trench structures and / or a spacer element and / or a sensor structure are preferably formed.
  • the sensor structure is only a precursor to a freely movable sensor structure. Accordingly, a movable sensor structure can be formed from the sensor structure.
  • the spacer element preferably comprises both the first and the second padding layer and has a height that is preferably greater than the height of the (preliminary) sensor structure and the later-formed movable sensor structure.
  • the sensor structures become movable sensor structures by a further etching step, for which purpose preferably a previously applied first insulation layer is removed (see FIGS. 1A to 1I).
  • a previously applied first insulation layer is removed (see FIGS. 1A to 1I).
  • the first insulating layer an oxide layer is preferably used, wherein the oxide layer can be removed, for example, by a gas phase etching step.
  • the movable sensor structures are formed from the first padding layer.
  • the spacer element preferably has both the first and the second padding layer. If one or both of the filling layers is monocrystalline or polycrystalline, the spacer element also has a monocrystalline and / or polycrystalline structure.
  • the sensor structure and the movable sensor structure preferably have only the first fill layer and are preferably constructed either monocrystalline or polycrystalline. As mentioned in the previous section, the sensor structure becomes a movable sensor structure, for example, by means of a further etching step, which is why the term preliminary sensor structure can also be used.
  • a cap wafer for example by anodic bonding or seal glass bonding with the spacer element and / or connected with monocrystalline or polycrystalline areas of the filling layers.
  • the cap wafer is connected to at least one (preliminary, non-movable) sensor structure and / or monocrystalline or polycrystalline regions of the filling layers. If that Thus, the sensor structures are advantageously not only intended as a precursor to the movable sensor structures, but also serve to reduce the cap deflection in the region of the movable sensor structures.
  • the movable sensor structures are not blocked by the unstructured cap wafer. This can be ensured by the use of a bonding layer, such as the seal glass. The necessary distance to the movable sensor structures can be reliably ensured via the thickness of the sealing glass layer.
  • the sensor structure for connection to the cap wafer is not a movable sensor structure, but rather a (provisional) sensor structure which has not become a movable sensor structure as a result of a further etching step.
  • a cap wafer should be understood as meaning all components which can be used for closing at least partial regions of a micromechanical component.
  • cap wafer Structuring the cap wafer is eliminated.
  • no complex structuring of, for example, Pyrex cap wafers prior to anodic bonding is more necessary.
  • structured cap wafers or else cap wafers structured only in partial regions wherein, for example, an electrical contacting of the micromechanical device is possible by structuring the cap wafer.
  • the cap wafer and / or a second side of the substrate material is planarized.
  • a planarization of the second side of the substrate material is advantageously carried out a planarization into a plane of the trench structure.
  • the micromechanical component advantageously becomes thinner.
  • planarizing the second side of the substrate material up to in a plane of the trench structure advantageously back contact of the micromechanical device possible.
  • Another object of the present invention is a micromechanical device produced by the method described.
  • the trench structure which is required for the through-contacting of the micromechanical component, is substantially completely filled up by the first filling layer, the first filling layer also serving to realize the movable sensor structures.
  • the first padding layer may provide a prerequisite for backside contacting and may form the movable sensor structures.
  • the cap wafer is preferably connected to the spacer element and / or the monocrystalline or polycrystalline regions of the filling layers by means of an anodic bonding or a seal glass bonding.
  • the spacer element is formed by the first and the second filling layer and has a greater height than the movable sensor structure or the sensor structure. Due to the greater height compared to the moving
  • the cap wafer can be advantageously connected directly by anodic bonding with the spacer, without structuring of the cap wafer must be made or the movable sensor structures would be hindered by the contact with the cap wafer.
  • the spacer element it is therefore advantageously possible to perform anodic bonding between cap wafer and micromechanical component without structuring the cap wafer.
  • the cap wafer is connected by a seal glass bonding with the sensor structures and / or the monocrystalline regions, which may optionally be made polycrystalline.
  • the cap wafer does not have to be advantageously structured, since the sealing glass ensures a distance between the cap wafer and the movable sensor structures.
  • the micromechanical component preferably has a first insulation layer and / or a third insulation layer.
  • the first insulation layer is preferably deposited on the first side of the substrate material and thereby preferably covers at least the walls and the bottom of the trench structure.
  • the third insulation layer is preferably deposited on the second side of the substrate material.
  • the first insulation layer is preferably formed by a LOCOS method.
  • the third insulating layer is preferably produced by a CVD deposition process.
  • the micromechanical component is preferably planarized starting from a first side of the substrate material and / or from a second side of the substrate material. By planarizing the micromechanical device is advantageously thinner and can be better installed in flat assemblies.
  • the micromechanical component is preferably planarized starting from the second side of the substrate material as far as a plane of the trench structure.
  • the rear-side contacting of the micromechanical component is advantageously possible if a conductive material is used as the first filling layer.
  • the cap wafer in contact with the micromechanical device is a Pyrex wafer or a silicon wafer or a composite of a Pyrex and a silicon wafer.
  • FIGS. 1 A to 1 T schematically illustrate a method for producing a micromechanical component.
  • FIG. 1A A substrate matehal 2, for example silicon, with a circuit region 21 and with a conductor track 20 is shown schematically in FIG. 1A.
  • a third mask layer 14, for example of silicon nitride is applied on a first side 6 of the substrate material 2.
  • FIG. 1B schematically shows how a trench structure 3 was produced in the substrate material 2.
  • a first insulating layer 4 is deposited on the substrate material 2, wherein the walls and the bottom of the trench structure 3 are covered by the first insulating layer 4 ( Figure 1 C).
  • the areas in which the third mask layer 14 has been applied remain free of the third insulation layer 4.
  • gaps are formed in the first insulation layer 4 (FIG.
  • first filling layer 5 which consists for example of doped silicon (FIG. 1E), wherein the first filling layer 5 can grow monocrystalline in the gaps of the insulating layer 4.
  • the first padding layer 5 is then preferably planarized, as the dashed line in Figure 1 E indicates.
  • a first mask layer 12, consisting for example of silicon oxide is preferably applied to the substantially planar surface of the first fill layer 5 (FIG. 1F).
  • FIG. 1G shows schematically how a second filling layer 13, for example also consisting of doped silicon, is applied over the first mask layer 12 and the first filling layer 5.
  • a second mask layer 12 for example silicon oxide or photoresist, is applied to the second filling layer 13.
  • the second padding layer 13 is planarized prior to the application of the second masking layer 12 ' .
  • the first mask layer 12 is thus buried under the second padding layer 13.
  • the buried first mask layer 12 and the second mask layer 12 ' preferably produce both a sensor structure 2T and a spacer element 50 (FIG. 1H).
  • the spacer element 50 is preferably formed from the first and the second filling layer 5, 13 and has a height that is greater than the height of the sensor structure 27 are preferred in the just-mentioned etching step also further trench structures 3 'are formed.
  • Subsections of the first insulation layer 4 are then preferably removed by a further etching step, wherein the first insulation layer 4 in the region of the trench structure 3 is protected by the first and the second filler layers 5, 13 and is not removed.
  • the removal of the first insulating layer 4 arise at least from some
  • areas 8 of, for example, monocrystalline silicon can advantageously also be formed when the first filling layer 5 and the second filling layer 13 are constructed by depositing EPI polysilicon.
  • the regions 8 then preferably have the same height as a spacer element 50.
  • the regions 8 may also consist of polycrystalline silicon.
  • a cap wafer 17 is shown connected to the spacer element 50 by anodic bonding.
  • the movable sensor structures 27 do not come into contact with the cap wafer 17, even in the case of an unstructured cap wafer 17, since the spacer element 50 and the regions 8 have a height which is greater than the height of the movable sensor structures 27.
  • the cap wafer 17 is both on the spacer 50 as well as on the areas 8.
  • the planes to which is to be planarized are indicated here by B ' , wherein the plane B ' of the second side 9 of the substrate material 2 extends into a plane of the trench structure 3.
  • FIG. 1 K an embodiment of the micromechanical device 1 is shown schematically.
  • FIG. 1 L schematically illustrates another embodiment of the micromechanical component 1, wherein the cap wafer 17 has an additional layer 25 and a third insulation layer 15 has been produced on the second side 9 of the substrate material 2.
  • the additional layer 25 may be, for example, an insulator, but also an electrically conductive layer, which may optionally be electrically contacted.
  • An additional layer 10 is in contact with the first padding layer 5 in the trench structure 3.
  • the additional layer 10 is an aluminum metallization. It is also conceivable metallization, which allows a flip-chip connection to other components.
  • FIG. 1 L schematically illustrates another embodiment of the micromechanical component 1, wherein the cap wafer 17 has an additional layer 25 and a third insulation layer 15 has been produced on the second side 9 of the substrate material 2.
  • the additional layer 25 may be, for example, an insulator, but also an electrically conductive layer, which may optionally be electrically contacted.
  • An additional layer 10 is in contact with
  • FIG. 1 M schematically illustrates an embodiment of a micromechanical component 1 to be produced without a spacer element 50.
  • the cap wafer 17 is connected by a connection layer 23 to the sensor structure 27 * and the regions 8, wherein the connection layer 23 may consist, for example, of seal glass ,
  • the movable sensor structures 27 do not come into contact with the non-structured cap wafer 17.
  • FIGS. 1 O to 1 T An embodiment with contact pads 26 is shown in FIGS. 1 O to 1 T. The contact pads 26 are applied to the second padding layer 13 and covered by a second insulation layer 15. In connection with the additional layer 25, a contact with the cap wafer 17 is formed.
  • the cap wafer 17 is patterned, for example, in the region of bond pads in order to enable electrical contacting of the micromechanical component 1 from the first side 6.
  • the cap wafer 17 does not have to be structured in this case, since the connection layer 23 (for example, sealing glass) ensures a distance between cap wafer 17 and movable sensor structures 27.
  • the aforementioned partial structuring of the cap wafer 17 can be implemented both on cap wafers which are fastened on non-movable sensor structures 27 and on cap wafers which are fastened on spacing elements 50.

Landscapes

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements vorgeschlagen, wobei eine Trenchstruktur im wesentlichen vollständig von einer ersten Auffüllschicht aufgefüllt und eine erste Maskenschicht auf der ersten Auffüllschicht aufgetragen wird, auf der wiederum eine zweite Auffüllschicht und eine zweite Maskenschicht aufgetragen werden. Weiterhin wird ein mikromechanisches Bauelement vorgeschlagen, wobei die erste Auffüllschicht die Trenchstruktur des mikromechanischen Bauelements auffüllt und gleichzeitig eine bewegliche Sensorstruktur bildet.

Description

Titel
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit Auffüllschicht und Maskenschicht.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 2004 036 035 A1 sind mikromechanische Bauelemente mit Trenchstrukturen allgemein bekannt. Nachteilig bei den bekannten mikromechanischen Bauelementen ist jedoch, dass insbesondere große Trenchstrukturen in der Regel nicht vollständig verfüllt werden können und zudem bei einem mikromechanischen Bauelement mit beweglichen Sensorstrukturen Kappenwafer aufwändig strukturiert werden müssen, damit die Kappenwafer im Abstand zu den beweglichen Sensorstrukturen sind.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptanspruch beziehungsweise den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass in unkomplizierter weise auch große Trenchstrukturen durch eine erste Auffüllschicht im wesentlichen vollständig verfüllt werden können und gleichzeitig Auffüllschichten als Funktionsschicht verwendet werden können. Durch die
Funktionsschicht können dabei Abstandselemente zum Schutz der beweglichen Sensorstrukturen gegen den Kontakt mit einem Kappenwafer gebildet werden. Zur Bildung der Abstandselemente wird bei dem Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements über die erste Auffüllschicht mit der ersten Maskenschicht eine zweite Auffüllschicht aufgebracht und darüber eine zweite
Maskenschicht aufgetragen. Die erste Maskenschicht wird somit „vergraben" unter der zweiten Auffüllschicht, wodurch in vorteilhafter Weise bei einem Ätzvorgang die erste Maskenschicht als Stoppschicht wirkt, wodurch das unter der ersten Maskenschicht befindliche Material (erste Auffüllschicht und Substratmatehal) durch den Ätzvorgang im wesentlichen nicht entfernt wird.
Vorzugsweise werden vor dem Auftragen der ersten Auffüllschicht eine dritte Maskenschicht und eine erste Isolationsschicht auf dem Substratmaterial aufgetragen. Die Funktionen der dritten Maskenschicht und der ersten Isolationsschicht werden in den Figuren 1 A bis 1 L dargestellt.
Bevorzugt besteht die erste und/oder die zweite Auffüllschicht aus einem Material mit einem niedrigen elektrischen Widerstand. Beispielsweise kann eine
Epitaktische-Polysiliziumschicht (EPI-Schicht), die bevorzugt dotiert auf dem Substratmaterial abgeschieden wird, als erste und/oder als zweite Auffüllschicht verwendet werden.
Vorzugsweise wird die erste Auffüllschicht und/oder die zweite Auffüllschicht so aufgetragen beziehungsweise aufgebracht, dass die Auffüllschichten die erste Seite des Substratmaterials im wesentlichen vollständig bedecken. Die Herstellung von Sensorstrukturen und/oder von Abstandselementen ist somit ausgehend von der gesamten ersten Seite des Substratmaterials möglich und nicht nur auf Teilbereiche der ersten Seite des Substratmaterials beschränkt.
Bevorzugt wird die erste Auffüllschicht, bevor die erste Maskenschicht aufgetragen wird, von der ersten Seite des Substratmaterials ausgehend planarisiert. Durch die Planarisierung wird dabei vorteilhaft eine plane Oberfläche der ersten Auffüllschicht gebildet, wodurch die erste Maskenschicht im wesentlichen in einer Ebene, bevorzugt parallel zur Hauptausdehnungsrichtung des Substratmaterials, auf der ersten Auffüllschicht aufgetragen werden kann.
Vorzugsweise wird vor dem Auftragen der zweiten Maskenschicht die zweite Auffüllschicht von der ersten Seite des Substratmaterials ausgehend planarisiert. Auch hierbei wird vorteilhaft eine plane Oberfläche der zweiten Auffüllschicht gebildet, wodurch auch die zweite Maskenschicht vorteilhaft im wesentlichen in einer Ebene parallel zur Hauptausdehnungsrichtung des Substratmaterials auf die zweite Auffüllschicht aufgetragen werden kann. Bevorzugt werden bei einem (nächsten) Ätzschritt weitere Trenchstrukturen und/oder ein Abstandselement und/oder eine Sensorstruktur gebildet. Die Sensorstruktur ist dabei jedoch lediglich eine Vorstufe zu einer freibeweglichen Sensorstruktur. Demnach kann aus der Sensorstruktur eine bewegliche Sensorstruktur gebildet werden. Das Abstandselement umfasst bevorzugt sowohl die erste als auch die zweite Auffüllschicht und weist eine Höhe auf, die vorzugsweise größer ist als die Höhe der (vorläufigen) Sensorstruktur und der später gebildeten beweglichen Sensorstruktur.
Vorzugsweise werden zumindest einige der Sensorstrukturen durch einen weiteren Ätzschritt zu beweglichen Sensorstrukturen, wobei hierzu bevorzugt eine vorher aufgetragene erste Isolationsschicht entfernt wird (siehe Figuren 1 A bis 1 I). Als erste Isolationsschicht wird bevorzugt eine Oxidschicht verwendet, wobei die Oxidschicht beispielsweise durch einen Gasphasenätzschritt entfernt werden kann. Vorzugsweise werden die beweglichen Sensorstrukturen aus der ersten Auffüllschicht gebildet.
Im Gegensatz zur Sensorstruktur und zur beweglichen Sensorstruktur weist das Abstandselement bevorzugt sowohl die erste als auch die zweite Auffüllschicht auf. Ist eine oder beide der Auffüllschichten monokristalline oder polykristallin, so weist auch das Abstandselement einen monokristallinen und/oder polykristallinen Aufbau auf. Die Sensorstruktur und die bewegliche Sensorstruktur weisen bevorzugt nur die erste Auffüllschicht auf und sind vorzugsweise entweder monokristallin oder polykristallin aufgebaut. Wie im vorhergehenden Abschnitt erwähnt wird die Sensorstruktur beispielsweise durch einen weiteren Ätzschritt zu einer beweglichen Sensorstruktur, weshalb auch der Begriff vorläufige Sensorstruktur verwendet werden kann.
Bevorzugt wird ein Kappenwafer, beispielsweise durch anodisches Bonden oder Sealglasbonden mit dem Abstandselement und/oder mit monokristallinen oder polykristallinen Bereichen der Auffüllschichten verbunden. Bevorzugt ist jedoch auch, wenn der Kappenwafer mit mindestens einer (vorläufigen, nicht beweglichen) Sensorstruktur und/oder monokristallinen beziehungsweise polykristallinen Bereichen der Auffüllschichten verbunden wird. Wenn das mikromechanische Bauelement kein Abstandselement aufweist sind somit die Sensorstrukturen in vorteilhafter Weise nicht nur als Vorstufe zu den beweglichen Sensorstrukturen gedacht, sondern dienen zusätzlich der Reduzierung der Kappendurchbiegung im Bereich der beweglichen Sensorstrukturen. Bei einem mikromechanischen Bauelement ohne Abstandselement ist bei der Verbindung zwischen einem nicht strukturiertem Kappenwafer und der Sensorstruktur darauf zu achten, dass die beweglichen Sensorstrukturen nicht durch den unstrukturierten Kappenwafer blockiert werden. Dies lässt sich durch die Verwendung einer Verbindungsschicht, wie beispielsweise dem Sealglas, sicherstellen. Über die Dicke der Sealglasschicht kann zuverlässig der nötige Abstand zu den beweglichen Sensorstrukturen sichergestellt werden. Es soll hierbei noch einmal klargestellt werden, dass es sich bei der Sensorstruktur zur Verbindung mit dem Kappenwafer nicht um eine bewegliche Sensorstruktur handelt, sondern um eine (vorläufige) Sensorstruktur, die nicht durch einen weiteren Ätzschritt zu einer beweglichen Sensorstruktur geworden ist. Unter einem Kappenwafer sollen alle Bauteile verstanden werden, die zum Verschließen von zumindest Teilbereichen eines mikromechanischen Bauelements verwendetet werden können. Durch das Abstandselement beziehungsweise die Sensorstruktur mit beispielsweise sealglasgebondeten Kappewafer ist es vorteilhaft möglich, auch unstrukturierte Kappenwafer zu verwenden, so dass eine aufwändige
Strukturierung der Kappenwafer wegfällt. Insbesondere bei der Verwendung eines Abstandselements ist keine aufwändige Strukturierung von beispielsweise Pyrex- Kappenwafern vor dem anodischen Bonden mehr notwendig. Selbstverständlich können jedoch auch strukturierte Kappenwafer oder auch nur in Teilbereichen strukturierte Kappenwafer verwendet werden, wobei durch die Strukturierung des Kappenwafers beispielsweise eine elektrische Kontaktierung des mikromechanischen Bauelements möglich wird.
Bevorzugt wird der Kappenwafer und/oder eine zweite Seite des Substratmaterials planarisiert. Bei einer Planarisierung der zweiten Seite des Substratmaterials erfolgt vorteilhaft eine Planarisierung bis in eine Ebene der Trenchstruktur. Durch die Planarisierung des Kappenwafers und/oder der zweiten Seite des Substratmaterials wird vorteilhaft das mikromechanische Bauelement dünner. Zudem wird durch eine Planarisierung der zweiten Seite des Substratmaterials bis in eine Ebene der Trenchstruktur vorteilhaft eine Rückseitenkontaktierung des mikromechanischen Bauelements möglich.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikromechanisches Bauelement, hergestellt nach dem beschriebenen Verfahren. Bei dem mikromechanischen Bauelement ist die Trenchstruktur, die zur Durchkontaktierung des mikromechanischen Bauelements benötigt wird, im wesentlichen vollständig von der ersten Auffüllschicht aufgefüllt, wobei die erste Auffüllschicht auch zur Realisierung der beweglichen Sensorstrukturen dient. In vorteilhafter Weise kann bei der Verwendung einer leitfähigen ersten Auffüllschicht die erste Auffüllschicht zum einem eine Voraussetzung zur Rückseitenkontaktierung schaffen und zum anderen die beweglichen Sensorstrukturen bilden.
Bevorzugt ist der Kappenwafer durch eine anodische Bondung oder eine Sealglasbondung mit dem Abstandselement und/oder den monokristallinen beziehungsweise den polykristallinen Bereichen der Auffüllschichten verbunden. Das Abstandselement wird dabei durch die erste und die zweite Auffüllschicht gebildet und weist eine größere Höhe auf, als die bewegliche Sensorstruktur oder die Sensorstruktur. Durch die größere Höhe gegenüber der beweglichen
Sensorstruktur kann der Kappenwafer vorteilhaft direkt durch eine anodische Bondung mit dem Abstandselement verbunden werden, ohne dass eine Strukturierung des Kappenwafers vorgenommen werden muss oder die beweglichen Sensorstrukturen durch den Kontakt mit dem Kappenwafer behindert würden. Durch das Abstandselement ist es somit vorteilhaft möglich eine anodische Bondung zwischen Kappenwafer und mikromechanischen Bauelement durchzuführen, ohne dass der Kappenwafer strukturiert wird.
Vorzugsweise wird der Kappenwafer durch eine Sealglasbondung mit den Sensorstrukturen und/oder den monokristallinen Bereichen, welche optional auch polykristallin ausgeführt sein können, verbunden. Auch hierbei muss der Kappenwafer vorteilhaft nicht strukturiert werden, da das Sealglas für einen Abstand zwischen dem Kappenwafer und den beweglichen Sensorstrukturen sorgt. Vorzugsweise weist das mikromechanische Bauelement eine erste Isolationsschicht und/oder eine dritte Isolationsschicht auf. Die erste Isolationsschicht wird vorzugsweise auf der ersten Seite des Substratmaterials abgeschieden und bedeckt dabei bevorzugt mindestens die Wände und den Boden der Trenchstruktur. Die dritte Isolationsschicht wird, nach dem die zweite Seite des Substratmaterials bis in eine Ebene der Trenchstruktur planarisiert wurde, bevorzugt auf der zweiten Seite des Substratmaterials abgeschieden. Die erste Isolationsschicht entsteht bevorzugt durch ein LOCOS-Verfahren. Die dritte Isolationsschicht dagegen wird bevorzugt durch ein CVD-Abscheideverfahren erzeugt.
Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement von einer ersten Seite des Substratmaterials und/oder von einer zweiten Seite des Substratmaterials ausgehend planarisiert. Durch die Planarisierung wird das mikromechanische Bauelement vorteilhaft dünner und kann so besser auch in flache Baugruppen eingebaut werden.
Vorzugsweise ist das mikromechanische Bauelement von der zweiten Seite des Substratmaterials ausgehend bis in eine Ebene der Trenchstruktur planarisiert. Hierdurch wird Vorteilhaft die Rückseitenkontaktierung des mikromechanischen Bauelements möglich, wenn als erste Auffüllschicht ein leitendes Material verwendet wird.
Vorzugsweise ist der mit dem mikromechanischem Bauelement in Kontakt stehende Kappenwafer ein Pyrex-Wafer oder ein Siliziumwafer oder ein Verbund aus einem Pyrex- und einem Siliziumwafer.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Figuren 1 A bis 1 T stellen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements dar. Ausführungsform(en) der Erfindung
In der Figur 1 A ist schematisch ein Substratmatehal 2, beispielsweise Silizium, mit einem Schaltungsbereich 21 und mit einer Leiterbahn 20 dargestellt. Auf einer ersten Seite 6 des Substratmaterials 2 wird eine dritte Maskenschicht 14, beispielsweise aus Siliziumnitrid, aufgetragen. In der Figur 1 B ist schematisch dargestellt, wie eine Trenchstruktur 3 im Substratmaterial 2 erzeugt wurde. Durch ein anschließendes, beispielsweise LOCOS-Verfahren, wird eine erste Isolationsschicht 4 auf dem Substratmaterial 2 abgeschieden, wobei die Wände und der Boden der Trenchstruktur 3 von der ersten Isolationsschicht 4 bedeckt werden (Figur 1 C). Die Bereiche, in welche die dritte Maskenschicht 14 aufgetragen wurde, bleiben jedoch frei von der dritten Isolationsschicht 4. Nach dem Entfernen der dritten Maskenschicht 14, beispielsweise durch ein Ätzschritt, entstehen Lücken in der ersten Isolationsschicht 4 (Figur 1 D). Sowohl diese Lücken als auch die erste Trenchstruktur 3 werden von einer ersten Auffüllschicht 5, die beispielsweise aus dotiertem Silizium besteht, aufgefüllt (Figur 1 E), wobei die erste Auffüllschicht 5 in den Lücken der Isolationsschicht 4 monokristallin aufwachsen kann. Die erste Auffüllschicht 5 wird dann bevorzugt planarisiert, wie die gestrichelte Linie in der Figur 1 E andeutet. Nach dem Planarisieren wird bevorzugt eine erste Maskenschicht 12, bestehend beispielsweise aus Siliziumoxid, auf der so im wesentlichen planen Oberfläche der ersten Auffüllschicht 5 aufgetragen (Figur 1 F). In der Figur 1 G ist schematisch dargestellt, wie eine zweite Auffüllschicht 13, beispielsweise ebenfalls bestehend aus dotiertem Silizum, über die erste Maskenschicht 12 und die erste Auffüllschicht 5 aufgebracht wird. Anschließend wird eine zweite Maskenschicht 12\ beispielsweise Siliziumoxid oder Fotolack, auf der zweiten Auffüllschicht 13 aufgetragen. Bevorzugt wird die zweite Auffüllschicht 13 vor dem Aufbringen der zweiten Maskenschicht 12' planarisiert. Die erste Maskenschicht 12 ist somit unter der zweiten Auffüllschicht 13 vergraben. Nach einem Ätzschritt entsteht durch die vergrabene erste Maskenschicht 12 und die zweite Maskenschicht 12' bevorzugt sowohl eine Sensorstruktur 2T als auch ein Abstandselement 50 (Figur 1 H). Das Abstandselement 50 wird dabei bevorzugt aus der ersten und der zweiten Auffüllschicht 5, 13 gebildet und weist eine Höhe auf, die größer ist als die Höhe der Sensorstruktur 27\ Bevorzugt werden bei dem eben genannten Ätzschritt auch weitere Trenchstrukturen 3' gebildet. Durch einen weiteren Ätzschritt werden anschließend bevorzugt Teilbereiche der ersten Isolationsschicht 4 entfernt, wobei die erste Isolationsschicht 4 im Bereich der Trenchstruktur 3 durch die erste und die zweite Auffüllschicht 5, 13 geschützt ist und nicht entfernt wird. Durch die Entfernung der ersten Isolationsschicht 4 entstehen zumindest aus einigen
Sensorstrukturen 2T bewegliche Sensorstrukturen 27, wie die Figur 1 I darstellt. Durch das Aufbringen von der ersten Auffüllschicht 5 und der zweiten Auffüllschicht 13 direkt auf das Substratmaterial 2 können zudem vorteilhaft Bereiche 8 aus beispielsweise monokristallinem Silizium gebildet werden, wenn die erste Auffüllschicht 5 und die zweite Auffüllschicht 13 durch Abscheiden von EPI-Polysilizium aufgebaut werden. Nach dem zweiten Planarisierungsschritt besitzen die Bereiche 8 bevorzugt dann die gleiche Höhe, wie ein Abstandselement 50. Selbstverständlich können die Bereiche 8 auch aus polykristallinem Silizium bestehen. In der Figur 1 J wird ein Kappenwafer 17 mit dem Abstandselement 50 durch anodisches Bonden verbunden dargestellt. Die beweglichen Sensorstrukturen 27 kommen dabei selbst bei einem unstrukturierten Kappenwafer 17 nicht mit dem Kappenwafer 17 in Kontakt, da das Abstandselement 50 und die Bereiche 8 eine Höhe aufweisen, die größer ist als die Höhe der beweglichen Sensorstrukturen 27. Im Ausführungsbeispiel liegt der Kappenwafer 17 sowohl auf dem Abstandselement 50 als auch auf den Bereichen 8 auf. Bevorzugt wird der Kappenwafer 17, ausgehend von der ersten Seite 6 des Substratmaterials 2, und das Substratmaterial 2, ausgehend von einer zweiten Seite 9 des Substratmaterials 2, planarisiert. Die Ebenen, bis zu denen planarisiert werden soll, sind dabei mit B' angegeben, wobei die Ebene B' der zweiten Seite 9 des Substratmaterials 2 bis in eine Ebene der Trenchstruktur 3 reicht. Hierdurch wird vorteilhaft eine Rückseitenkontaktierung des fertigen mikromechanischen Bauelements 1 möglich. In der Figur 1 K ist schematisch eine Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements 1 dargestellt. Die Figur 1 L stellt schematisch eine andere Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements 1 dar, wobei der Kappenwafer 17 eine Zusatzschicht 25 aufweist und eine dritte Isolationsschicht 15 auf der zweiten Seite 9 des Substratmaterials 2 erzeugt wurde. Die Zusatzschicht 25 kann beispielweise ein Isolator, aber auch eine elektrisch leitfähig Schicht sein, welche optional elektrisch kontaktiert sein kann. Eine zusätzliche Schicht 10 befindet sich in Kontakt mit der ersten Auffüllschicht 5 in der Trenchstruktur 3. Bevorzugt handelt es sich bei der zusätzlichen Schicht 10 um eine Aluminium- Metallisierung. Denkbar ist auch eine Metallisierung, die eine Flip-Chip Verbindung zu anderen Bauteilen ermöglicht. Die Figur 1 M stellt schematisch eine Ausführungsform eines zu fertigenden mikromechanischen Bauelements 1 ohne Abstandselement 50 dar. In diesem Fall ist der Kappenwafer 17 durch eine Verbindungsschicht 23 mit der Sensorstruktur 27* und den Bereichen 8 verbunden, wobei die Verbindungsschicht 23 beispielsweise aus Sealglas bestehen kann. Auch in diesem Fall kommen die beweglichen Sensorstrukturen 27 nicht mit dem nicht strukturierten Kappenwafer 17 in Kontakt. In der Figur 1 N ist eine Ausführungsform eines mikromechanischen Bauelements 1 mit Abstandselement 50 und Verbindungsschicht 23 dargestellt. In den Figuren 1 O bis 1 T wird eine Ausführungsform mit Kontaktpads 26 dargestellt, wobei die Kontaktpads 26 auf der zweiten Auffüllschicht 13 aufgetragen und von einer zweiten Isolationsschicht 15 überdeckt werden. In Verbindung mit der Zusatzschicht 25 entsteht ein Kontakt zu dem Kappenwafer 17. In einer anderen Alternative (nicht dargestellt) ist prinzipiell keine Rückseitenkontaktierung des beschriebenen mikromechanischen Bauelements 1 notwendig. Es ist ebenso denkbar, dass der Kappenwafer 17 beispielsweise im Bereich von Bondpads strukturiert ist, um eine elektrische Kontaktierung des mikromechanischen Bauelements 1 von der ersten Seite 6 aus zu ermöglichen. Im Bereich der beweglichen Sensorstrukturen 27 muss der Kappenwafer 17 jedoch in diesem Fall nicht strukturiert werden, da die Verbindungsschicht 23 (beispielsweise Sealglas) für einen Abstand zwischen Kappenwafer 17 und beweglichen Sensorstrukturen 27 sorgt. Die eben genannte teilweise Strukturierung des Kappenwafers 17 kann sowohl bei Kappenwafern, die auf nicht beweglichen Sensorstrukturen 27 befestigten werden als auch bei Kappenwafer, die auf Abstandselementen 50 befestigten werden, umgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements (1 ), wobei in einem Substratmaterial (2) ausgehend von einer ersten Seite (6) eine Trenchstruktur (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trenchstruktur (3) von einer ersten Auffüllschicht (5) im wesentlichen vollständig aufgefüllt wird und eine erste Maskenschicht (12) auf die erste Auffüllschicht (5) aufgebracht wird und dass über die erste Maskenschicht (12) eine zweite Auffüllschicht (13) aufgebracht wird und darüber eine zweiten Maskenschicht (12') aufgebracht wird.
2. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Auffüllschicht (5) eine dritte Maskenschicht (14) und eine erste Isolationsschicht (4) auf dem Substratmaterial (2) aufgetragen werden.
3. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auffüllschicht (5) und/oder die zweite Auffüllschicht (13) im wesentlichen vollständig die erste Seite (6) des Substratmaterials (2) bedeckend aufgebracht werden.
4. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der ersten Seite (6) des Substratmaterials (2) die erste
Auffüllschicht (5) vor dem Auftragen der ersten Maskenschicht (12) planahsiert wird.
5. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der ersten Seite (6) des Substratmaterials (2) die zweite Auffüllschicht (13) vor dem Auftragen der zweiten Maskenschicht (12') planahsiert wird.
6. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ätzschritt weitere Trenchstrukturen (3') und/oder ein Abstandselement (50) und/oder Sensorstrukturen (27') gebildet werden.
7. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen weiteren Ätzschritt aus den Sensorstrukturen (2T) zumindest teilweise bewegliche Sensorstrukturen (27) gebildet werden, wobei die beweglichen Sensorstrukturen (27) im mikromechanischen Bauelement (1 ) aus der ersten Auffüllschicht (5) gebildet werden.
8. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kappenwafer (17) durch anodisches Bonden oder Sealglasbonden mit dem
Abstandselement (50) und/oder monokristallinen oder polykristallinen Bereichen (8) verbunden wird oder ein Kappenwafer (17) durch Sealglasbondung mit der Sensorstruktur (27') und/oder den monokristallinen oder polykristallinen Bereichen (8) verbunden wird.
9. Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (17) und/oder eine zweite Seite (9) des Substratmaterials (2) planarisiert werden, wobei die Planarisierung der zweiten Seite (9) des Substratmaterials (2) bis in eine Ebene der Trenchstruktur (3) erfolgt.
10. Mikromechanisches Bauelement (1 ) hergestellt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenchstruktur (3) von der ersten Auffüllschicht (5) im wesentlichen vollständig aufgefüllt ist, wobei die erste Auffüllschicht (5) die beweglichen
Sensorstrukturen (27) und die Sensorstruktur (27') ausbildet.
11. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kappenwafer (17) durch anodische Bondung oder Sealglasbondung mit dem Abstandselement (50) und/oder den monokπstallinen oder polykristallinen Bereichen (8) verbunden ist.
12. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kappenwafer (17) mit den Sensorstrukturen (27') und/oder den monokristallinen oder polykristallinen Bereichen (8) durch eine Sealglasbondung verbunden ist.
13. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische
Bauelement (1 ) eine erste Isolationsschicht (4) und/oder eine dritte Isolationsschicht (15) aufweist.
14. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische
Bauelement (1 ) von einer ersten Seite (6) des Substratmaterials (2) und/oder von einer zweiten Seite (9) des Substratmaterials (2) ausgehend planarisiert ist.
15. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) von der zweiten Seite (9) des Substratmaterials (2) bis in eine Ebene der Trenchstruktur (3) planarisiert ist.
16. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (17) ein Composite-Verbund aus einem Pyrex- und einem Siliziumwafer umfasst.
17. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (17) aus einem Pyrex-Wafer besteht.
18. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenwafer (17) aus einem Silizumwafer besteht.
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